普通化学修改PPT课件

1、生物药学地学医学化学农学材料农业化学生物化学药物化学材料化学地球化学医用化学第1页/共81页第2页/共81页第3页/共81页课时：40 学时 理论课32 学时，实验课8学时成绩：期末考试占80 实验成绩占20第4页/共81页232Fe O (s)3CO(g)2Fe(l)3CO (g)第5页/共81页NO, CO是汽车尾气中的有毒成分，它们能否相互反应生成N2和CO2。22NO(g)2CO(g)N (g)2CO(g)第6页/共81页C(C石墨）（金刚石）第7页/共81页第8页/共81页 热力学:专门研究能量相互转变过程中所遵循的规律的一门科学。 化学热力学:用热力学的理论和方法研究化学反应方向问

2、题、化学反应过程的能量变化问题以及化学反应进行的程度问题。第9页/共81页1.2 化学反应的能量守恒与反应热效应1.3 化学反应热效应的理论计算1.1 热力学基本概念1.1.1 体系和环境1.1.2 状态和状态函数1.1.3 过程和途径1.1.4 热力学能1.1.5 热和功第10页/共81页 体系之外并与体系有密切联系的那部分物质 或空间称为环境。 被划分出来作为研究对象的那部分物质或空 间称为体系(系统）。 第11页/共81页 敞开体系：体系与环境之间既有物质 交换，又有能量交换。敞开体系 封闭体系 孤立体系根据体系与环境之间有无物质和能量交换。第12页/共81页 封闭体系:体系与环境之间只

3、有能量 交换，而没有物质交换。第13页/共81页孤立体系：体系与环境之间既没有 物质交换也没有能量交换。第14页/共81页敞开体系封闭体系孤立体系第15页/共81页体系分类体系分类体系与环境交换体系与环境交换物质物质能量能量敞开体系敞开体系封闭体系封闭体系孤立体系孤立体系第16页/共81页用来描述体系状态的物理量（n、p、T、V、U、H、S、G）叫做状态函数。 由一系列表征体系宏观性质的物理量所确定下来的体系的存在形式称为体系的状态。 第17页/共81页 p1=100 kPa T1=373 K V1=2 L始态方式1，加压 终态 p2=200 kPa T2=373 K V2=1 L减压降温方式

4、2加压升温 p3=300 kPa T3=473 K V3=0.845 L方式1： p= p2-p1= 100 kPa V=V2-V1= -1 L T=T2-T1= 0 K方式2： p= (p3-p1)+ (p2-p3)= 100 kPa V= (V3-V1)+ (V2-V3) = -1 L T=(T3-T1)+ (T2-T3) = 0 K第18页/共81页状态函数的特征 体系状态一定，状态函数值一定 体系状态变化时，状态函数值的变化只与体系的始态和终态有关，而与变化途径无关 循环过程状态函数的变化值为零第19页/共81页体系的状态由于外界条件的改变会发生变化，这种状态变化称为过程。 恒温过程：

5、T1 = T2 = T外 恒压过程： p1 = p2 = p外 恒容过程：V1 = V2 绝热过程：Q=0第20页/共81页变化过程可以采取多种不同的具体形式，我们把实现过程的每一种具体的形式称为途径。 第21页/共81页恒温过程373K，505kPa恒温过程373K，202kPa恒压过程恒压过程不同途径的示意图308K，202kPa始态308K，505kPa 终态第22页/共81页 热力学能(内能): 是体系内各种形式的能量的总和，用符号U表示。单位: J 或 kJ 能量包括：组成体系的各种粒子（如分子，原子，电子，原子核等）的动能（如分子的平动能，振动能，转动能等）以及粒子间的相互作用的势

6、能（如分子的吸引能，排斥能，化学建能等）。热力学能第23页/共81页热力学能特点: 状态函数; 其绝对值不可测量; 具有加和性热力学能的大小与体系的温度，体积，压力以及物质的量有关。温度反映体系中各粒子运动的激烈程度；体积反映粒子间的相互作用，反映的势能；热力学能与体系中物质的量成正比。第24页/共81页第25页/共81页状态函数性质：广延性质：与物质量有关，如v,n.强度性质：与物质量无关，如t,p.第26页/共81页定义: 体系与环境之间因温差而传递的能量称为热，以符号Q表示。单位: J 或 kJ热和功第27页/共81页第28页/共81页 规定 若环境向体系做功，W 0 若体系向环境做功，

7、W 0 定义: 除热之外，在体系和环境之间被传递的其它能量，称为功，以符号W表示。单位: J 或 kJ 功和热都与途径有关，不是状态函数2. 功第29页/共81页体积功外的所有其他形式的功称为非体积功。如电功、表面功等。 由于体系体积变化而与环境交换的能量，称为体积功。 体积功 非体积功 体系做功： W = p外V第30页/共81页体积功的计算外力做功：体系做功：W = P外 VW = (P A) h= P V第31页/共81页5组基本概念组基本概念1. 体系和环境2. 状态和状态函数3. 过程和途径4. 热力学能U5. 热和功敞开、封闭、孤立状态函数特征恒温、恒压、恒容、绝热状态函数、具有加

8、和性、绝对值不可测过程函数，正负号规定，体积功第32页/共81页1.2 化学反应的能量守恒与反应热效应1.3 化学反应热效应的理论计算1.1 热力学基本概念1.2.1 热力学第一定律1.2.2 热化学方程式与盖斯定律1.2.3 化学反应的热效应第33页/共81页1.2 化学反应的能量守恒与反应热效应热力学第一定律的数学表达式：U = Q + W第34页/共81页 自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，能够从一种形式转化为另一种形式，在转化的过程中，能量的总值不变。热力学第一定律内容（能量守恒和转化定律）：第35页/共81页体 系环境U 0U 0体系吸热Q0对体系做功W0 吸热 H0

9、 放热第43页/共81页一、选择题一、选择题（1）下列对于功和热的描述中，正确的是 （ ） A. 都是过程函数，对应于某一状态有一确定值。 B. 都是过程函数，无确定的变化途径就无确定的数值。 C. 都是状态函数，变化量与途径无关。 D. 都是状态函数，始终态确定，其值也确定（2）敞开系统是指系统与环境之间 （ ） A. 既有物质交换 ，又有能量交换 B. 只有物质交换 C. 既没有物质交换，也没有物质交换 D. 只有能量交换课堂练习题：第44页/共81页二、判断题二、判断题 （1）状态函数的变化值只取决于体系的始终， 而与变化的途径无关。 （ ） （2）因为QP=H，而H与变化途径无关，是状

10、态函数，所以QP也是状态函数。 （ ）课堂练习题：第45页/共81页 某温度下一定量的理想气体向环境吸收热量100kJ，使得体系从p1=1.6106Pa，V1=1dm3，在恒外压p外=1.0105Pa下恒温膨胀至p2=1.0105Pa， V2=16dm3，求过程中体系的热力学能的变化值。课堂练习题：三、计算题第46页/共81页问题？不能直接用实验测量的反应，如何知道反应的热效应呢？反应： C(石墨) + 1/2 O2(g) = CO(g) 的反应热能不能直接用实验测量？第47页/共81页 1. 热力学的标准态气体标准压力（p=100 kPa）下具有理想气体性质的气体的状态液体、固体标准压力下最

11、稳定的纯液体、纯固体的状态溶液中的溶质标准压力下质量摩尔浓度1 molkg1的状态热化学方程式与盖斯定律第48页/共81页2. 反应进度对于化学反应：d D + e E = g G + h H一般化学反应式BBB0对于有限的变化 ,有 = nB/ B当反应进度 = 1mol时，即按计量方程式进行了一次完整的反应时，称为1mol的化学反应或简称摩尔反应。将上式左侧移到右侧：0 = - d D - e E + g G + h H未反应时0=0 ,有 = - 0=nB()- nB(0)/ B = nB/ B第49页/共81页反应：N2 + 3H2 = 2NH3N2、H2、NH3的化学计量数 (N2)

12、 = -1、(H2) = -3、(NH3) = 2当反应未开始00时,若有足够量的N2和H2、n(NH3)0根据 nB/B n(N2)/mol n(H2)/mol n(NH3)/mol/mol0000 -1/2 -3/21 1/2-1-321-2-642例:第50页/共81页 例如: (1) N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g) (2) 1/2N2(g) + 2/3H2(g) NH3(g) = 1 mol 时， ( 1 ) 表示生成了 2 mol 的 NH3 ( 2 ) 表示生成了 1 mol 的 NH3 第51页/共81页+ 化学计量方程与热效应都写出的方程称热化学方程式 。 3

13、. 热化学方程式 2H2(g) + O2(g) = 2H2O(g) 1mrmolkJ6 .483)K298.15(H化学反应中各物质处于标准态按化学反应计量方程式进行1mol反应时的焓变称为该反应的标准摩尔反应焓变，用 表示。 rmH变化值reaction反应温度rHm(T)标准态mole标准摩尔反应焓变第52页/共81页 应注明反应的温度和压力。 如果是298.15K和 100kPa，可省略。 必须标出物质的聚集状态。通常以g、l和s分别表示气、液和固态。+书写热化学方程式时注意下列几点：2H2(g) + O2(g) = 2H2O(g)mHr= 483.6 kJ.mol-12H2(g) +

14、O2(g) = 2H2O(l)mHr= 571.6 kJ.mol-1第53页/共81页 必须注明固体物质的晶型。 碳有石墨、金刚石等晶型。 同一反应，反应式系数不同，热效应值也不同。2H2(g) + O2(g) = 2H2O(l)mHr= 571.6 kJ.mol-1H2(g) + O2(g) = H2O(l)mHr= 285.8 kJ.mol-121第54页/共81页 正、逆反应的热效应绝对值相等，但是符号相反。2H2O(l) = 2H2(g) + O2(g)mHr= 571.6 kJ.mol-12H2(g) + O2(g) = 2H2O(l)mHr= 571.6 kJ.mol-1第55页/

15、共81页例 1.2)(NH)(H23)(N21) 1 (322ggg)(NH32)(H)(N31)2(322ggg)(N21)(H23)(NH(3)223gggmHrmHr)(NH2)(H3)(N322ggg 已知T=298.15 K，p=100 kPa时， 反应的 = 91.8 kJmol1，计算在同样条件下，下列反应的 。 第56页/共81页)(NH)(H23)(N21) 1 (322ggg11mrm,1rmolkJ9 .45)molkJ8 .91(2121-HH)(NH32)(H)(N31)2(322ggg11mrm,2rmolkJ6 .30)molkJ8 .91(3131-HH)(N2

16、1)(H23)(NH(3)223ggg11mrm,3rmolkJ9 .45)molkJ8 .91(2121-HH 第57页/共81页 CH3(CH2)14COOH(s) + 23O2(g) 16CO2(g) + 16H2O (l) = 9977 kJmol-1mrH过量的体脂肪的确可能增加心脏病、糖尿病和其他疾病发作的危险。但脂肪是人体的主要能量贮存系统。在人体运动过程中, 脂肪发生水解生成一组叫做脂肪酸的化合物, 后者再通过一系列复杂反应转化为二氧化碳和水, 肌肉运动正是由该过程释放的能量驱动的。 第58页/共81页4. 盖斯定律+ 盖斯定律的内容： “不管化学过程是一步完成或分为数步完成，

17、这个过程的热效应是相同的。”+ 盖斯定律的用途： 利用实验易测量的反应热效应，来计算难以用实验方法测得的反应热效应。第59页/共81页 (1) C (石墨) O2 (g) = CO2 1-molkJ5 .393K)(298.15m,1rH(2) C (金刚石) O2 (g) = CO2 )K15.298(m,2Hr =395.4 kJmol-1?)K15.298(m,3Hr(3) C (石墨)= C (金刚石) 第60页/共81页rH rH +rH m,3m,2m,1rH rH rHm,2m,3m,1 = 393.51 kJmol-1(395.41kJmol 1) =1.90 kJmol-1

18、rHm,3第61页/共81页例 1.3在煤气生产过程中，下列反应C(s)1/2O2 (g) = CO(g) 是很重要的。工厂设计或工艺改革时需要该反应的热效应数值，由于单质碳与氧不能直接生成纯粹的一氧化碳，总会有一些二氧化碳生成，因此实验很难准确测定该反应的热效应数值。请根据所掌握的知识如何间接求得该反应的热效应？第62页/共81页 已知反应： C(石墨)O2(g)=CO2(g) rH =393.5 kJmol-1 CO(g)+(1/2)O2(g)=CO2(g) rH = 283 kJmol-1 1 ,m3 ,m第63页/共81页rH ,1 rH ,2 +rH ,3mmm始态C (石墨) +

19、O2 (g) 终态 CO2 (g)CO (g) +1/2 O2 (g)(1)(2)(3)rH ,2 rH ,1 -rH ,3mmm= 393.51 kJmol-1( 283kJmol -1) =-110.5 kJmol-1第64页/共81页例 1.4已知25时， -11 ,molkJ0 .221mrH求反应（3）Fe3O4 (s)+4C(石墨) = 3Fe (s)+4CO (g) 在25时的反应热。 -12,molkJ4 .1118mrH（2 ） 3Fe (s)+ 2O2(g) = Fe3O4 (s)（1）2C(石墨)+O2(g) = 2CO (g)解： = 2(221.0) kJmol1 (

20、1118.4 kJ.mol1) = 676.4 kJmol1（3）（1） 2 （2）m,2rm,1rm,3r2HHH第65页/共81页1 2 3课堂练习题：第66页/共81页1.2 化学反应的能量守恒与反应热效应1.3 化学反应热效应的理论计算1.1 热力学基本概念1.3.1物质的标准摩尔生成焓1.3.2 化学反应标准摩尔焓变的计算第67页/共81页变化值formationmolefHm (B，p，T )反应温度phase标准态 物质的标准摩尔生成焓+ 在标准态时，由元素稳定的纯态单质生成 1 mol 某纯物质B的焓变（即恒压反应热），称为该物质B的标准摩尔生成焓。符号为)Tp,B,(mfH任

21、何一种稳定单质的标准摩尔生成焓等于零。第68页/共81页针对对象)Tp,B,(mfH标准摩尔生成焓一个反应一种物质Bm的意义摩尔反应1mol的物质B标准摩尔反应焓变)T(mrH第69页/共81页 C (石墨) O2 (g) = CO2 1-molkJ5 .393K)(298.15mrHC (金刚石) O2 (g) = CO2 )K15.298(mHr =395.4 kJmol-11fm2H(CO ,g,298.15 K)393.5 kJ m ol 1mfm2(298.15K) =-395.4kJ molH (CO ,g,298 .15 K)rH 第70页/共81页2222H (g)O (g)2

22、H O()g1mH(298.15 K)483.6 kJ mol r mfm2H(298.15 K)H(H O,g,298.15 K )2r1483.6241.8 kJ mol2 fm2mH (H O,g,298.15 K)?H (298.15 K) r第71页/共81页例如：在298.15K时2221H (g,p)O (g,p)H O(l,p)21fm2H(H O,l,298.15 K)285.8 kJ m ol 2221H (g,p)O (g,p)H O(g,p)21fm2H(H O,g,298.15 K)241.8 kJ m ol 第72页/共81页+ 使用标准摩尔生成焓时注意： 这是一个

23、相对值，相对于稳定纯态单质，稳定纯态单质的标准摩尔生成焓等于零。 注明摩尔生成焓的温度，不写就是指298.15 K，该温度下的数值可查热力学数据表。 注明B物质的相态，同一物质而不同相态，其标准摩尔生成焓的值不等。第73页/共81页稳定单质(1)(2)(3)反应物dD + eE生成物gG + hH)()(1 ,EHeDHdHmfmfmr)()(2,HHhGHgHmfmfmr+ 用标准摩尔生成焓计算标准摩尔反应焓： 化学反应焓变的计算3 ,1 ,2,mrmrmrHHH第74页/共81页1 ,2,3 ,mrmrmrHHHjjiiHnHnH）反应物生成物(mfmfmr)()()()(3 ,EHeDH

24、dHHhGHgHmfmfmfmfmr第75页/共81页计算下列反应在298.15K时的标准摩尔反应焓变。O(l)2H(g)CO(g)2O(g)CH2224解：2(285.8 kJmol-1)+(393.5 kJmol-1)(74.6kJmol-1)= 890.5 kJmol-1jjiiHnHnH）反应物）生成物(mfmfmr例 1.5 molkJ/ H-1mf 74.6 393.5 285.8第76页/共81页=(1675.7 kJ.mol-1)0 kJ.mol-10 kJ.mol-1+(-1)=851.5 kJ.mol-1解 根据标准生成焓的数据，计算铝粉和三氧化二铁反应的焓变 。K)(298.15mrH2A